面向艺术教育的移动视频资源平台设计与实现

　　摘要：虽然近年来我国普通高校艺术教育取得了可喜成绩，但仍存在教育教学资源不足、课时少、师资及课堂容量有限等诸多问题，该文将视频电话技术应用于普通高校艺术教育领域，通过艺术教育教学视频资源库构建、面向视频电话的视频压缩、SIP协议与3G-324M协议的互通等一系列相关研究，实现信息技术和艺术教育的整合，使得学生可在校园网内通过移动终端获取艺术教育教学视频资源，随时随地学习和复习艺术教育知识，从而满足个性化、多样化的艺术教育需求。

　　关键词：视频电话；普通高校；艺术教育；

　　作者简介：王怡，在读博士，副教授，研究方向为教育经济与管理，邮箱为wangyi@。；

　　一引言

　　近年来，我国普通高校公共艺术教育逐渐受到重视，公共艺术课程体系的建设和课程的管理也日趋规范[1]。但我国普通高校艺术教育仍存在诸多难以解决的问题：(1)艺术教育教学资源不足，没有形成体系性的艺术教育平台；(2)学生缺少充足的选课空间，艺术教育在整体上没有融入到本科教育教学的资源体系；(3)艺术教育课时少，师资在数量和质量上存在短缺与断档；(4)课内学习与课外实践缺少有效地衔接，专业学习与艺术教育难以融合，艺术教育成效难以显现。随着信息技术的进步，应用信息技术可有效解决艺术教育教学资源不足、课时少、师资及课堂容量有限等诸多问题[2]。艺术教育是一种聆听和欣赏的教育，这需要学生大量反复地聆听、欣赏和复习艺术知识，而这种复习的首选方式是视频。基于移动通讯技术对人们学习、生活和娱乐方式的改变，手机成为学生观看视频的主要载体，学生更可随时随地、利用“零碎”的时间复习艺术知识。由于现有的艺术教育视频的播放时间较长，文件存储量大，并不适合直接下载到手机上观看，视频电话技术可以解决这一问题。

　　二设计理念

　　视频电话提供64kbps的带宽，其中40kbps固定用于传输视频流，12kbps用于传输音频流，12kbps用于传输控制信息，使用视频电话接收视频信息不需耗费任何流量，也不占用手机存储空间。现阶段视频电话通信费用为0.6元/分钟，无任何附加收费，且价格会持续下降；而且本文所做研究，可使学生在特定范围内(例如校园网覆盖范围内)免费拨打。因此，用视频电话向学生提供艺术教育教学视频，无论从技术层面还是从经济层面都是可行的。

　　本研究对原有“章节式”知识点重新梳理，制作面向艺术教育的移动视频资源；设计基于H.264的教学视频压缩方法，以适应视频电话对于带宽的限制；通过SIP协议与3G-324M协议的互通设计，实现视频以视频电话形式在计算机与手机间的通信。最终构建出从面向艺术教育的移动视频资源平台，使学生可以通过拨打视频电话获取艺术教育教学视频，并且不耗费流量、不占用手机存储空间、在校园网范围内拨打无需付费，满足其随时随地自主学习与复习的需求。

　　三技术实现

　　1面向艺术教育的移动视频资源制作技术

　　(1)新建项目

　　欲制作视频电话支持的视频文件，需先将其制作成3pg文件，本文采用AdobePremiereProCS4软件，打开AdobePremiereProCS4后，选新建项目，打开NewProject窗口。

　　(2)添加视频资源

　　在资源列表中双击视频资源，会在资源编辑区打开视频资源。可以对视频资源进行剪辑。注意，这里的剪辑，不会修改视频资源的原文件，只是制作出一段我们需要的视频片段如图2所示。

　　(3)发布视频资源

　　依照3G-324M协议视频格式要求设置视频规格并发布。

　　2基于H.264的视频资源分层次压缩方法

　　上文已完成了原始视频文件的制作，但此时的视频格式还无法在视频电话网络中传输，还需要在保证视频信息完整的情况下，对视频信号进行压缩以适应3G-324M中继较低的带宽。为此，本文设计了一种基于H.264的视频压缩方法，其核心思想是针对教学视频中的目标(如乐器、演奏者、背景)采用不同的压缩比，对观看要求较高的视频对象(如乐器)采用较低码率压缩，对观看相对要求较低的视频对象(如背景)采用较高码率压缩，从而在保证观看效果的基础上，实现教学视频资源的最大压缩。

　　与其他编码标准相比，H.264的框架结构沿用了与以往的编码标准的MC-DCT结构，保留了先前的标准特点如运动矢量和运动矢量中值预测等。但是，在H.264标准中也引用了大量的新技术，如帧内预测用于降低当前帧像素值，SPSlices用于不同码流切换，并使用了灵活的宏块排序支持宏块分组的独立编码。并且在IP和无线环境中引入了差错消除工具，用于适应无线网中误码、丢包率多发的情况。并且利用改变量化步长来适应信道的码率。本研究中分层压缩算法的设计就是基于H.264中分级量化器实现的。

　　H.264中，分级量化器，支持52个量化步长(QuantizerStep)，并使用量化参数(QuantizationParameter)来索引量化步长，并支持针对宏块级的量化，为不同的宏块组提供不同量化参数。量化步长QStep，与量化参数QP的关系如下表所示[3，4]：

　　从表1中可知，QP增加1，QStep增加近似12.5%。而在正常过情况下，一般移动终端所采用的量化参数一般为4左右，即可达到人眼观察的要求。因此，鉴于艺术教育视频的特征，除乐器与演奏者外的其余画面均可进行高压缩比的压缩。本次研究中基于视频目标检测的量化模型MR与QP建立关系函数如公式(1)所示：

　　其中，QP=f(R)表示当前帧内所有宏块的QP因子矩阵，QPij表示表示i行j列8×8宏块的QP因子值，Rij表示i行j列的宏块所在矩形位置。当宏块在检测目标区域内部时，选择QP=4作为量化参数，进行较小压缩，保留视频信号中的有用信息。当宏块所在位置不在检测目标区域内，则进行大量压缩，QP值设定为51。可以得到较高的压缩比，降低整体码率。

　　由于上述对H.264的改动是基于宏块的量化特性实现的，去掉了H.264编码器中的量化特性，因此对帧级量化也需重新设定。满足公式(2)

　　其中，QP为帧级量化参数，而mb为导出的目标检测结果，如果画面中存在乐器、演奏者等检测目标，则mb为1，进行无损压缩。当画面中不存在检测目标，而只有背景目标，则mb为0，进行高压缩比的帧级压缩。

　　3SIP协议与3G-324M协议的互通方法

　　制作完成的教学视频存储于服务器端(云端)，为将其推送至手机端，必须实现二者网络协议，即SIP协议与3G-324M协议的通信。为此，本文研究交互网关的设计方法实现二者的互通。

　　本研究中SIP协议与3G-324M协议的交互网关，在服务器组中的IVVR服务器上建立。Dialogic服务器提供VIG网关硬件平台，只需建进行编译即可实现SIP协议与3G-324M协议的网络互通。根据SIP协议与3G-324M协议的分析可知，3G-324M中继中Q.931/DSS1起到会话初始的功能与SIP协议一样，3G-324M协议族中信令协议为H.245而SIP中具有相同功能的是SDP协议，3G-324M协议族中负责媒体通信的协议为AL1层的H.223协议，而SIP协议借助RTP/RTCP协议进行媒体通信。建立交互网关即是建立信令互通网关、媒体互通网关，需要完成H.245协议和SDP协议互通和H.223和RTP/RTCP协议的互通，网关逻辑结构如图3所示。

　　四结束语

　　为解决我国普通高校艺术教育所存的教育教学资源不足、课时少、师资及课堂容量有限等诸多问题，本文研究将视频电话技术引入普通高校艺术教育领域，使学生可以通过拨打视频电话获取艺术教育教学视频，并且不耗费流量、不占用手机存储空间、在校园网范围内拨打无需付费，在技术层面上弥补了普通高校艺术教育教学的不足。本研究主要包括：

　　(1)本研究将原有艺术教育视频重新梳理，制作出面向艺术教育的移动视频资源，可供学生利用“零碎”时间学习的“短小”视频，制作出面向视频电话的艺术教育视频资源库。

　　(2)本研究采用H.264视频编码对艺术教育视频进行压缩，使视频可以成为标准的QCIF(分辨率为176*144)视频格式，以适应视频电话的带宽限制。

　　(3)本文研究交互网关的设计方法，实现了SIP协议与3G-324M协议的相互通信，使学生通过手机拨打视频电话即可获取艺术教育视频。本文来自《中南大学学报》杂志